Разница между серым и белым чугуном

Rimoyt.com

Темы: автомобилестроение, САПР, 3d моделирование, техническое образование, предприятия промышленности, технические институты

Не нужно позволять фактам вводить вас в заблуждение
Чугун – сплав железа (Fe>90%) с углеродом (C от 2,14% до 6,67%).
Углерод может быть в чугуне в виде графита (С) или цементита (Fe3C).
Также чугун содержит примеси кремния, марганца, фосфора и серы.
Чугуны с особыми характеристиками содержат также легирующие детали – хром, никель, медь, молибден и др.
Чугун – наиболее активно используемый материал для производства литых деталей, применяемых при относительно низких напряжениях и малых динамических нагрузках. Плюсы чугуна если сравнивать со сталью – большие литейные свойства и низкая цена.

Чугуны также лучше отделываются резанием, чем большинство сталей (не считая автоматных сталей), однако плохо свариваются, не прочны, жесткостью и пластичностью.
В зависимости от состояния углерода в чугуне отличают:
белый чугун
серый чугун(ГОСТ 1412 — "Чугун с пластинчатым графитом для отливок")
ковкий чугун(ГОСТ 1215 — "Отливки из ковкого чугуна")
высокой прочности чугун(ГОСТ 7293 — "Чугун с шаровидным графитом для отливок")
В белом чугуне весь углерод будет в связанном состоянии в виде цементита Fe3C.
У белого чугуна большая устойчивость к износу и твердость, но он хрупкий и плохо отделывается резанием, благодаря этому в автомобилестроении они находят ограниченное использование и идут, по большей части, в передел на сталь.
По содержанию углерода серый чугун разделяют на:
Доэвтектический с содержанием углерода от 2,14% до 4,3%
Эвтектический с содержанием углерода 4,3%
Заэвтектический с содержанием углерода от 4,3% до 6,67%.
В сером, ковком, высокопрочном чугунах весь углерод или огромная его часть находится в виде графита разной формы (называют их еще по другому графитными).
В структуре серых чугунов графит пластинчатой формы.
Серые чугуны содержат: 3,2-3,5% углерода, 1,9-2,5% кремния, 0,5-0,8% марганца, 0,1-0,3% фосфора и менее 0,12% серы.
Отливки деталей из серых чугунов получают в кокилях – земляных или железных формах.
Серый чугун находит большое применение в автомобилестроении. Ввиду низких механических параметров у отливок из серого чугуна и простоты получения их используют для производства деталей менее ответственного назначения, деталей, работающих при отсутствии ударных нагрузок.

В особенности из них делают крышки, шкивы, станины станков и прессов.
Пример определения серого чугуна: СЧ32-52. Буквы обозначают серый чугун (СЧ), первое число означает прочностный предел при растяжении (32 кгс/мм2 или 320 МПа), второе число – прочностный предел при изгибе.
В структуре ковких чугунов графит хлопьевидной формы.
Ковкие чугуны содержат: 2,4-3,0% углерода, 0,8-1,4% кремния, 0,3-1,0% марганца, менее 0,2% фосфора, не больше 0,1% серы.
Ковкий чугун получают из белого чугуна в результате нагрева и долгой выдержки. Такую процедуру именуют графитизирующим отжигом или томлением.
Пример определения ковкого чугуна: КЧ45-6. Буквы обозначают ковкий чугун (КЧ), первое число — прочностный предел при растяжении (45 кгс/мм2 или 450 МПа), второе – относительное удлинение в % (6%).
Высокой прочности чугун содержит графит формы шара.
Он имеет наиболее высокие свойства прочности.
Высокой прочности чугун содержит: 3,2-3,8% углерода, 1,9-2,6% кремния, 0,6-0,8% марганца, до 0,12% фосфора и не больше 0,3% серы.
Высокой прочности чугун получают путем модифицирования (т.е. введения добавки-модификатора – магния) жидкого расплава. Модификаторы помогают появлению графитных включений формы шара, вследствие чего механичные свойства такого чугуна приближаются к особенностям угеродистых сталей, а литейные свойства выше (но меньше, чем у серых чугунов).
Из очень прочных чугунов делают ответственные детали для автомобилестроения — поршни, цилиндры, коленчатые валы, тормозные колодки. Также из очень прочного чугуна делают трубы.
Пример определения очень прочного чугуна: ВЧ45-5. Буквы обозначают высокой прочности чугун (ВЧ), первое число означает прочностный предел при растяжении (45 кгс/мм2 или 450 МПа), второе – относительное удлинение в %.

Разница между серым и белым чугуном

В числе самых популярных видов чугуна — серый и белый. Что собой представляет любой из них?

Что собой представляет серый чугун?

Подходящий вид чугуна относится к самым популярным в машиностроительной отрасли. Этот металл отличается наличием в шлифе графита пластинчатой формы.

Его содержание в сером чугуне бывает разным.

Чем оно выше, тем довльно темным становится металл на изломе, а еще тем мягче чугун. Отливки из рассматриваемого типа металла выпускаются любой толщины.

Главные особенности серого чугуна:

1. небольшое относительное удлинение — в основном, не превышающее 0,5 %;
2. низкая вязкость к ударам;
3. невысокая эластичность.

В сером чугуне есть маленькой процент связанного углерода — не больше 0,5 %. Оставшаяся часть углерода представлена в виде графита — другими словами в свободном состоянии. Серый чугун может выпускаться на перлитной, ферритной, а еще смешанной — феррито-перлитной — основе.

В рассматриваемом металле, в основном, есть существенный процент кремния.

Серый чугун очень просто поддается отделке при помощи инструментов для резки.

Этот металл применяется при отливе изделий, которые идеальны с точки зрения сопротивления сжатию. К примеру, разных элементов опоры, батарей, труб для водопровода.

Популярно использование серого чугуна и в автомобилестроении — очень часто в процессе изготовления деталей, для которых не свойственны ударные нагрузки. К примеру, корпусов для станков.

Что собой представляет белый чугун?

Этот тип чугуна отличается наличием углерода, который фактически полностью представлен в структуре металла в связанном состоянии. Рассматриваемый металл — твёрдый и одновременно очень непрочный.

Он стоек к процессам коррозии, изнашиванию, влиянию температуры.

Белый чугун очень сложно поддается отделке при помощи ручных инструментов. На изломе данный металл имеет светлый оттенок, лучистую структуру.

Главная область использования белого чугуна — дальнейшая переработка.

В основном, он переделывается в сталь, в большинстве случаев — как раз таки в серый чугун. В промышленности его использование не очень популярно из-за причины хрупкости и трудности обработки.

Процента кремния в белом чугуне намного меньше, чем в сером. В рассматриваемом металле также будет намного больше большая концентрация марганца и фосфора (напомним, что в большинстве случаев их наличие предопределяется химическим составом руды, из которой выплавляется чугун).

Собственно, увеличение количества кремния в металле сопровождается сокращением объема связанного углерода в его структуре.

Сравнение

Главное отличие серого чугуна от белого в том, что в первом есть маленькой процент связанного углерода, в другом — наоборот, есть в основном связанный углерод. Эта характерность определяет разницу между рассматриваемыми металлами в нюансе:

• твердости;
• цвета на изломе;
• износостойкости;
• хрупкости;
• обрабатываемости ручным инструментом;
• области использования;
• процента связанного и свободного углерода;
• процента кремния, марганца, фосфора.

Более воочию проанализировать то, в чем разница между серым и белым чугуном состоит в перечисленных качествах, нам поможет маленькая таблица.

Сравниваем серый и белый чугун | Основные отличия

Чугун – это один из наиболее известных материалов для изготовления литых изделий. Он отличается прочностью, хорошей устойчивостью к износу, теплопроводимостью и остальными привлекательными рабочими качествами.

Вот только он сам по себе – не металл. Это сплав.

По правилам данный материал представляет собой сплав железа с углеродом. Железной части в нём не менее 90%, неметаллической – до 6,67%.

Не считая конкретно углерода, сплав может включать и остальные примеси – марганец, фосфор, кремний и так дальше.

От процентного соотношения данных включений будет зависеть не только марка, но и физико-химические свойства.
Так, наиболее повсеместно используются белый и серый чугуны.

Они как раз отличаются процентом содержания углерода в составе.

И благодаря этому свойства эксплуатации также различаются.
В данной публикации мы разберёмся, в чём отличие между серым и белым чугуном – и что лучше применять в тех либо других целях.

«Серый» чугун

Серый чугун содержит до 3,5% углерода у себя в составе.

Причём этот неметалл представлен в графитовой собственной форме (другими словами в виде гексагональных пластинчатых двумерных кристаллов). Более того, ГОСТ 1412 учитывает включение в состав подобных веществ, как:

Кремний (до 2,5%). Делает лучше литейные свойства, увеличивает мягкость, однако при этом находится в недостаточных для уменьшения стойкости к деформациям пропорциях;

Марганец (до 0,8%). Увеличивает прочность, создает стойкие внутренние напряжения, которые повышаюту стойкость к внешним влияниям механики;

Фосфор (до 0,3%).

Вредная примесь, от которой, но все таки, не удаётся избавиться полностью во время изготовления. Тем не менее, концентрация её в «сером» минимальны.

В общем состав материала обеспечивает очень хорошую стойкость и устойчивость к износу.

Собственно поэтому он наиболее повсеместно применяется в тяжёлом автомобилестроении для изготовления деталей, не подвергающихся ударным влияниям. Также его используют для производства конструкционных элементов станков.

Интересной спецификой «серого» считается его текучесть при литье. Благодаря этому ещё одна сфера его использования – это изготовление эстетических изделий.

Разные чугунные ограждения с непростой геометрией и текстурой, детали витражей и декоративные изделия – это все делается именно из этого сплава.
Также, он податлив для обработки резанием.

С другой стороны, механическая надёжность его достаточно средняя. При ударных нагрузках и аналогичных воздействиях деталь может лопнуть или расколоться.

Его редко применяют для отливки «ответственных» практичных узлов и конструкционных элементов, что тоже вызвано маленькой прочностью.
Зато «серый материал» стоек к сжатию и может выдержать даже большие нагрузки.

Как последствие, он применяется в производстве колонн, сточных, водопроводных и труб отопления, станин станков и поршней двигателей.

Хорошие качества

Надёжность на сжатие, позволяющая применять детали под нагрузкой;
Механическая стойкость и устойчивость к износу;

Минусы

Плохая прочность, благодаря чему конструкция практически не переносит ударные нагрузки;
В бытовой обстановке серый чугун практически не используется, да и в производстве он чаще применяется для дальнейшего изменения в ковкие, устойчивые к износу и пластичные варианты.

После легирования иными примесями он также может применяться для производства посуды.

«Белый» чугун

Белый чугун – железоуглеродный сплав, в котором весь углерод будет в связанном состоянии (в виде цементита Fe3C).

Содержание данного неметалла – до 3,8%.

И это существенно изменяет эксплуатационные характеристики материала. Иных примесей, к слову, фактически нет.

Белый чугун отличается твёрдостью – и он при этом очень непрочный.

Разрушение или дефармация сделанного из него изделия может случиться вследствие как механических, так и термических внешних факторов. Более того, этот сплав почти не обладает важными для изготовления конечных продуктов качествами.

Так, он не пластичный, плохо подаётся литью, стоек к резанию и ковке. Благодаря этому сделать из него предметы сложной геометрии или малых размеров возможным не представляется.

Производство серого чугуна марок СЧ20, 21, 25, 30 ГОСТ 1412-85

Да и сам по себе «белый материал» как правило не применяется в производстве.

Он служит основой для остальных сплавов – включая высокой прочности и ковкий. Также, его всё чаще переделывают в сталь – соединения железа с углеродом в малых количествах (до 0,6%) и остальными регулярными либо легирующими примесями.

Хорошие качества

Чистота материала (небольшое содержание посторонних примесей);
Надёжность, не подаётся резанию и иным деформирующим влияниям;

Минусы

Очень невысокие рабочие качества, почти не подаётся отделке;
Небольшая текучесть, благодаря чему сложен в литье;

Хрупкость, легко потрескается и рушиться даже при несущественных ударных воздействиях.

Все такие недостатки делают белый чугун непригодным для применения ни в автомобилестроении, ни в прочих областях. Благодаря этому он фактически нигде и не используется.

Зато на его основе с легированием посторонними примесями или, напротив, очисткой получают прочие удобные и широко использующими сплавы.

Что лучше – серый или белый чугун?

Итак, «серый» текуч, прочный и устойчив к механике, но легко повреждается резанием и не всегда переносит ударные нагрузки.

Белый, со своей стороны, напротив – почти не повреждается резанием, однако при этом очень хрупкий, не пластичный, не текуч и как правило не используется в чистом своём виде.
Но этим разница между материалами не исчерпывается.

Содержание и форма углерода

Получение чугуна

До 3,8% в виде цементита (соединения Fe3C)
Кремний (до 2,5%), марганец (до 0,8%)

Механическая надёжность (способность переносить единичные ударные нагрузки)

Высокая (однако недостаточно для изготовления «ответственных» конструкционных узлов)
Хрупкость (насколько высок риск раскола при ударе или температурном перепаде)

Твёрдость (возможность держать режущие нагрузки)
Самая большая среди всех чугунных сплавов

Текучесть (способность принимать криволинейные формы при литье)

Невысокая (вызвано хрупкостью)
Эластичность (способность изменяться при ковке или постоянных механических нагрузках)

Устойчивость к износу (способность хранить форму и рабочие качества при постоянных, периодических или постоянных ударных нагрузках)

В общем белый чугун как правило не применяется в производстве конечных изделий. Он – сырьё для остальных сплавов, включая сталь.

А вот серый используется очень широко. Однако в бытовой области легче «встретить» легированный или собственно подготовленный – к примеру, высокой прочности, антифрикционный или ковкий чугуны.

Чугун

Чугун начали использовать много лет тому назад. Данный материал обладает особенными рабочими характеристиками, которые выделяются от свойственных стали.

Производство чугуна, не обращая внимания на возникновение приличного количества разных сплавов, налажено во многих государствах. Для того чтобы установить свойства чугуна, необходимо рассмотреть характерности его химического состава, от чего зависят те либо другие физические качества.

Металлургия чугуна и стали.mp4

Состав чугуна считается хорошим аргументом, который в большинстве случаев определяет механичные свойства приобретаемых отливок.

Помимо прочего, на многие свойства влияет механизмы вторичной и первичной кристаллизации.

SKODA KODIAQ: чугун или алюминий?

Содержание углерода в чугуне может изменяться в границах от 2,14 до 6,67 процентов. Новые производственные технологии дают возможность очень точно контролировать концентрацию всех элементов в составе, благодаря чему уменьшается критерий хрупкости и становятся больше прочие характеристики в эксплуатации.

Разглядывая состав чугуна нужно сказать, что в него, не считая железа и углерода, обязательно входят такие элементы:

1. Кремний (концентрация не больше 4,3%). Этот компонент оказывает хорошее влияние на чугун, делая его очень мягким и улучшая его литейные свойства. Впрочем слишком большая концентрация способен выполнить материал более чувствительным к гибкой деформации.
2. Марганец (не больше 2%). За счёт добавки такого элемента в состав намного увеличивается надёжность материала. Впрочем слишком высокая концентрация будет причиной хрупкости структуры.
3. Сера относится к вредным примесям, который могут значительно ухудшать рабочие качества материала. В основном, концентрация серы в составе чугуна не будет больше показателя 0,07%. Сера оказывается основой образования трещин при нагревании состава.
4. Фосфор содержится в составе в концентрации менее 1,2%. Увеличение концентрации фосфора в составе оказывается основой образования трещин при охлаждении состава. Помимо прочего, этот компонент оказывается основой ухудшения иных механических качеств.

Как и в большинстве остальных составах, самым основным из элементов химии чугуна считается углерод. От его концентрации и вида зависит разновидность материала.

Структура чугуна способен значительно отличаться в зависимости от используемой технологии производства.

Физический свойства

Чугун стал широко распространен благодаря привлекательным физическим качествам:

1. Цена материала значительно меньше цены иных сплавов. Собственно поэтому его используют для создания самых всевозможных изделий.
2. Разглядывая плотность чугуна, напомним, что этот показатель значительно меньше, чем у стали, благодаря чему материал становится значительно легче.
3. Температура плавления чугуна может несколько отличаться в зависимости от его структуры, во многих случаях составляет 1 200 градусов по Цельсию. За счёт включения в состав разных добавок температура плавления чугуна способен значительно увеличиваться или уменьшаться.
4. При подборе материала многие уделяют внимание тому, что цвет чугуна может немного разниться в зависимости от структуры и химического состава.

Температура кипения чугуна также в большинстве случаев зависит от химического состава. Для того, чтобы рассмотреть физические характеристики материала, необходимо уделять свое внимание каждой его разновидности.

Другая структура и состав становятся основой придания других физико-механических качеств.

Производственная технология

Выплавка чугуна проходит на протяжении многих лет, что связано с его уникальными рабочими качествами. Огромное количество разных видов сплавов определяет использование особенных правил маркировки.

Маркировка чугунов проходит так:

1. Литейные обозначаются буквой Л.
2. Серый стал широко распространен, для его определения применяется комбинирование букв «СЧ».
3. Ковкий обозначают КЧ.
4. Максимальный или белый обозначают буквой П.
5. Антифрикционный или серый обозначают АЧС.
6. Легированные чугуны обладают очень разным химическим составом и обозначаются буквой «Ч».

Производственная технология чугуна учитывает проведение нескольких стадий, которые дают возможность получить требуемую структуру. Разглядывая процесс получения чугуна, отметим такие моменты:

1. Производство проходит в специализированных доменных печах.
2. Легированный и огнеупорный чугун могут удаваться при эксплуатации в качестве сырья металлической руды.
3. Технология представлена в восстановлении оксидов железа руды. В результате перестроения кристаллической решётки и изменения структуры на выходе выходит материал, который именуют чугуном.
4. Разглядывая производственные способы, напомним, что технологические особенности также заключаются в используемых материалах – коксах. Под древесным углём предполагают сетевой газ или термоантрацит, выступающие в качестве топлива.
5. Изготовление чугуна учитывает отпуск железа в твёрдой форме при использовании специализированной печи. На этом этапе выходит жидкий чугун.

Оборудование для изготовления чугуна способен значительно различаться. Помимо прочего, используемая производственная технология в большинстве случаев определяет то, какой будет получен материал.

Примером можно назвать производство ВЧШГ, которое связано с приданием структуре нестандартную форму.

Разновидности чугуна

Существует довольно огромное количество разных видов рассматриваемого материала. Классификация чугунов в большинстве случаев зависит от структуры и химического состава.

Выделяют такие варианты чугуна:

1. Серый. Данная разновидность материала отличается невысокой пластичностью и высокой вязкостью, а еще хорошей обрабатываемостью резанием. В составе углерод содержится в виде графита. Область использования – автомобилестроение; производство деталей, работающих на изнашивание. Как говорит практика, концентрация фосфора может изменяться в довольно широком диапазоне: от 0,3 до 1,2%. За счёт особенного химического состава материал обладает высокой текучестью и широко задействуется в художественном литье. Антифрикционный чугун обходится в сравнительно доступную цену, что тоже определяет его большое распространение.
2. Белый. Благодаря тому, что в данном составе углерод представлен в качестве цементита, структура отличается неимоверной хрупкостью и очень высокой твердостью, а еще невысокими литейными характеристиками и плохой обрабатываемостью резанием. Необходимо учесть, что белый чугун используется для переделки в сталь или изготовлении ковкого. Всё чаще называют его предельным.
3. Половинчатый отличается очень высокой износоустойчивостью, что связано с распределением углерода на цементитную и свободную основу. Часто данная разновидность материала используется в автомобилестроении и станкостроении.
4. Легированный. Для того чтобы дать специальные качества чугуну также проходит его легирование. Легированный чугун обладает очень высокой устойчивостью к износу, стойкостью к коррозии за счёт включения в состав никеля и хрома, а еще меди. Такие варианты выполнения чугуна получают собственное название в зависимости от того, как легирующий компонент применялся во время их изготовления.
5. Высокой прочности чугун происходит путем введения в состав жидкого серого чугуна разных элементов, например, магния и кальция. В результате легирования меняется форма графита – он напоминает шар и при этом не меняет кристаллическую решётку. Необходимо учесть, что по собственным особенностям данный металл напоминает углеродистую сталь, используется, по большей части, в процессе изготовления разных устойчивых к износу деталей.
6. Ковкий. Его получают при переплавке белого чугуна, который необходимо нагреть до большой температуры и держать в аналогичном состоянии. В большинстве случаев чтобы придать составу особенных качеств проходит добавление легирующих элементов. Ключевыми характеристиками можно назвать высокую вязкость и очень высокую степень пластичности. Стал широко распространен в машиностроении.
7. Специализированный. Собой представляет сплав, в который входит приличное количество марганца и кремния. Очень часто используется для удаления кислорода из стали во время его изготовления или переплавке, благодаря чему понижается температура плавления.

Каждая разновидность чугуна обладает собственной особенной структурой и химическим составом, которые и формируют область использования.

Использование

Из-за особенных физико-механических качеств использование чугуна стало возможным в разных сферах:

1. Для изготовления разных деталей в сфере машиностроения. На протяжении долгого времени конкретно данный сплав применяется в процессе изготовления очень разных деталей для мотора внутреннего сгорания. При этом производители машин проводят изменение главных параметров материала путем его легирования, что нужно для достижения уникальных качеств. Помимо прочего, огромную популярность получили тормозные колодки из этого сплава.
2. Чугунные изделия могут держать влияние невысокой температуры. Благодаря этому материал используется во время изготовления техники и инструментов, которые используются в жёстких условиях климата.
3. Ценится чугун в металлургической области. Это связано с небольшой ценой, которая в большинстве случаев зависит от концентрации углерода и свойств получаемой структуры. Высокие литейные качества также делают материал намного красивее. Получаемые изделия отличаются большой прочностью и устойчивостью к износу.
4. За последнии полвека рассматриваемый сплав активно используется в процессе изготовления сантехоборудования. Это связано с высокими антикоррозионными способностями, а еще возможностью получения изделий очень разной формы. Примером можно назвать ванны из чугуна и отопительные приборы, разные трубы, батареи и мойки. Не обращая внимания на возникновение материалов, которые могли бы заменить чугун, такие изделия пользуются немалой популярностью. Связывают это с тем, что они берегут начальный вид на протяжении долгого эксплуатационного периода.
5. Применяется сплав и для производства разных элементов декора, что связано с высокими литейными качествами. Примером можно назвать решётку для ограждений, разные фигурки и многое иное.

Помимо прочего, область использования зависит от приведенных ниже параметров рассматриваемого материала:

1. Некоторые марки обладают большой прочностью, которая специфична для стали. Собственно поэтому материал используется даже после возникновения современных сплавов.
2. Изделия из чугуна способны в течение долгого периода держать тепло. При этом тепловая энергия может одинаково распространяться по материалу. Данные качества стали применяться в процессе изготовления радиаторов отопления или других таких изделий.
3. В большинстве случаев считают, что чугун – безопасный в экологическом плане материал. Собственно поэтому его часто используют в процессе изготовления разной посуды, например, казана.
4. Высокая устойчивость к влиянию кислотно-щелочной среды.
5. Прекрасная гигиеничность, так как все загрязняющие вещества могут легко удаляться с поверхности.
6. Материал который рассматривается отличается достаточно большим служебным сроком при условиях выполнения советов по эксплуатированию.
7. Входящие в состав химические вещества не могут нанести ущерба здоровью.

Подводя итог напомним, что давно открытая производственная технология рассматриваемого материала на протяжении долгого времени оставалась фактически неизменной. Связывают это с тем, что при относительно низких затратах можно было получить значительный объем расплавленного сплава.

На данный момент часто проходит изготовление материала из лома, что дает возможность еще в высокой степени уменьшить отпускная цена получаемого продукта.